โฟโตเพอริโอดิซึม

โฟโตเพอริโอดิซึม (อังกฤษ: Photoperiodism)หรือการตอบสนองต่อช่วงแสง เป็นปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตในการตอบสนองต่อความยาวของกลางวันหรือกลางคืน เกิดขึ้นทั้งในพืชและสัตว์

ในพืช

พืชมีดอกส่วนใหญ่จะมีโปรตีนรับแสง (photoreceptor protein) เช่นไฟโตโครม เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงฤดูกาลเกี่ยวกับความยาวของกลางคืน หรือช่วงที่มีแสงเพื่อสร้างสัญญาณสำหรับการออกดอก พืชที่ตอบสนองต่อช่วงแสงอย่างแน่นอนจะต้องการกลางคืนที่ยาวหรือสั้นก่อนออกดอก ในขณะที่พืชที่ตอบสนองต่อช่วงแสงไม่ชัดเจนจะออกดอกในช่วงที่มีแสงเหมาะสม โดยการออกดอกจะขึ้นกับระยะเวลาของกลางคืน พืชที่ตอบสนองต่อช่วงแสงจะแบ่งเป็นพืชวันยาวกับพืชวันสั้น ขึ้นกับกลไกที่ถูกควบคุมด้วยจำนวนชั่วโมงตอนกลางคืนไม่ใช่ความยาวของช่วงกลางวัน โดยแสงทำให้ไฟโตโครมอยู่ในรูปที่ทำงานได้ กลายเป็นนาฬิกาชีวภาพสำหรับวัดเวลากลางวันหรือกลางคืน นอกจากการออกดอก การตอบสนองต่อช่วงแสงยังขึ้นกับการเจริญของยอดหรือรากในแต่ละฤดู หรือการร่วงของใบ

ความยาวของช่วงกลางวันที่มีผลต่อการออกดอกของพืชเรียกว่าช่วงวันวิกฤติ (Critical day length) ส่วนใหญ่พืชที่ตอบสนองต่อช่วงวันมักเป็นพืชในเขตอบอุ่นแบ่งพืชตามการตอบสนองต่อช่วงวันออกเป็นสามกลุ่มคือ

• พืชวันสั้น คือพืชที่ออกดอกเมื่อช่วงกลางวันสั้นกว่าช่วงวันวิกฤติ เช่น เบญจมาศ ยาสูบ สตรอเบอรี่
• พืชวันยาว คือพืชที่ออกดอกเมื่อช่วงกลางวันยาวกว่าช่วงวันวิกฤติ เช่น ข้าวสาลี ผักโขม
• พืชที่ไม่ตอบสนองต่อช่วงวัน การออกดอกของพืชไม่ขึ้นกับช่วงวัน เช่น มะเขือเทศ แตงกวา ฝ้าย

ในสัตว์

ความยาวของช่วงเวลากลางวันเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับสัตว์หลายชนิด เนื่องจากการรับรู้ช่วงเวลานี้จะทำให้รู้ถึงฤดูกาล การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพและพฤติกรรมจำนวนมากนั้นขึ้นอยู่กับความรู้นี้ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไปพร้อมกับช่วงแสง การเปลี่ยนแปลงของสีขน เส้นขน การอพยพ การจำศีล พฤติกรรมทางเพศ และแม้แต่ขนาดอวัยวะก็เปลี่ยนตาม

ใน แมลง ความไวต่อช่วงแสงได้ถูกพิสูจน์แล้วว่าตัวรับแสง (photoreceptor) ที่อยู่ในสมอง ซึ่งจะส่งผลต่อแมลงที่อยู่ในช่วงต่าง ๆ ของชีวิตได้ โดยเป็นตัวชี้นำสภาพแวดล้อม (environmental cue) สำหรับกระบวนการทางสรีรวิทยา อย่างเช่น การเกิดและการสิ้นสุดการฟักตัว (diapause) และการปรับรูปร่างตามฤดูกาล (seasonal morphs) ตัวอย่างเช่น ในแมลงช้างน้ำ (water strider) ชนิด Aquarius paludum

ความถี่ในการร้องเพลงของนกอย่างเช่น นกคีรีบูน ขึ้นอยู่กับช่วงแสง ในช่วงฤดูใบไม้ผลิที่ช่วงแสงเพิ่มขึ้น (มีแสงช่วงกลางวันมากขึ้น) อัณฑะของนกตัวผู้จะโตขึ้น เมื่ออัณฑะโตขึ้น ฮอร์โมนแอนโดรเจนจะถูกหลั่งมากขึ้น และความถี่ในการร้องเพลงก็มากขึ้นด้วย ในช่วงฤดูใบไม้ร่วงเมื่อช่วงแสงลดลง (มีแสงช่วงกลางวันน้อยลง) อัณฑะของตัวผู้จะเล็กลงและระดับแอนโดรเจนจะตกลงมาก ส่งผลให้ร้องเพลงน้อยลง ไม่เพียงแต่ความถี่ในการร้องเพลงเท่านั้นที่ขึ้นกับช่วงแสง แต่รายการเพลง (song repertoire) ก็ด้วยเช่นกัน ช่วงแสงนานในฤดูใบไม้ผลิทำให้เกิดรายการเพลงมากขึ้น ช่วงแสงสั้นในฤดูใบไม้ร่วงทำให้รายการเพลงน้อยลง การเปลี่ยนแปลงทางพฤติกรรมจากช่วงแสงในนกคีรีบูนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในสมองส่วนศูนย์รวมการร้องเพลง (song center) เมื่อช่วงแสงยาวขึ้น ส่วน high vocal center (HVC) และ robust nucleus of the archistriatum (RA) จะมีขนาดใหญ่ขึ้น และเมื่อช่วงแสงสั้นลง บริเวณในสมองเหล่านี้จะเล็กลง

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ช่วงวันจะถูกบันทึกโดย suprachiasmatic nucleus (SCN) โดยอาศัยเซลล์ปมประสาทไวแสงในจอประสาทตา (retinal light-sensitive ganglion cells) ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการมองเห็น ข้อมูลจะเคลื่อนที่ผ่านทาง retinohypothalamic tract (RHT) ในสัตว์ส่วนใหญ่ ฮอร์โมน เมลาโทนิน (melatonin) จะถูกผลิตโดย pineal gland เฉพาะในชั่วโมงที่มีความมืดเท่านั้น ซึ่งจะถูกกระตุ้นจากสัญญาณอินพุตผ่าน RHT และจังหวะชีวิต (circadian rhythm) ที่มีโดยกำเนิด สัญญาณฮอร์โมนนี้ เมื่อบวกกับสัญญาณเอาต์พุตจาก SCN จะทำให้ส่วนอื่นๆ ของร่างกายรับรู้เวลาของวัน และระยะเวลาที่เมลาโทนินถูกปล่อยก็คือวิธีที่ร่างกายจะรับรู้ช่วงเวลาในแต่ละปี

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิดเป็นสัตว์ตามฤดูกาลอย่างมาก มีทัศนคติที่มองว่าฤดูกาลในมนุษย์เป็นผลพลอยได้จากวิวัฒนาการเป็นส่วนใหญ่ อัตราการเกิดของมนุษย์ผันแปรตามฤดูกาล และเดือนที่มีการเกิดสูงสุดดูจะผันแปรไปตามละติจูด ฤดูกาลที่ส่งผลต่อการเกิดของมนุษย์ดูเหมือนจะลดลงมาตั้งแต่สมัยปฏิวัติอุตสาหกรรม

ดูเพิ่ม

• D.E. Fosket, Plant Growth & Development, A Molecular Approach. Academic Press, San Diego, 1994, p. 495.
• B. Thomas and D. Vince-Prue, Photoperiodism in plants (2nd ed). Academic Press, 1997.